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INSTITUCIÓN EDUCATIVAINSTITUCIÓN EDUCATIVAINSTITUCIÓN EDUCATIVAINSTITUCIÓN EDUCATIVA
EMILIANO GARCÍAEMILIANO GARCÍAEMILIANO GARCÍAEMILIANO GARCÍA
Girardota-Antioquia
Correo electrónico: iemilianog@une.net.co
Área: Química Grado: 10
Educadora: Olga Eugenia Cadavid Longas Periodo: 2
e-mail: julidan10@yahoo.com
TEMAS LOGROS INDICADOR
Energía y calor Determina la energía que libera o absorbe un cuerpo
Átomo
Identifica las propiedades de los átomos.
Tabla Periódica Identifica las propiedades de la tabla periódica
ENERGÍA Y CALOR
ENERGÍA
PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA
El Principio de conservación de la energía indica que la energía no se crea ni se
destruye; sólo se transforma de unas formas en otras. En estas transformaciones,
la energía total permanece constante; es decir, la energía total es la misma antes y
después de cada transformación.
En el caso de la energía mecánica se puede concluir que, en ausencia de
Al mirar a nuestro alrededor se observa que las
plantas crecen, los animales se trasladan y que las
máquinas y herramientas realizan las más variadas
tareas. Todas estas actividades tienen en común que
precisan del concurso de la energía.
La energía es una propiedad asociada a los objetos y
sustancias y se manifiesta en las transformaciones
que ocurren en la naturaleza.
La energía se manifiesta en los cambios físicos, por
ejemplo, al elevar un objeto, transportarlo, deformarlo
o calentarlo.
La energía está presente también en los cambios
químicos, como al quemar un trozo de madera o en la
descomposición de agua mediante la corriente
eléctrica
rozamientos y sin intervención de ningún trabajo externo, la suma de las energías
cinética y potencial permanece constante. Este fenómeno se conoce con el nombre
de Principio de conservación de la energía mecánica.
ENERGÍA CINÉTICA
Cuando un cuerpo está en movimiento posee energía cinética ya que al chocar
contra otro puede moverlo y, por lo tanto, producir un trabajo.
Para que un cuerpo adquiera energía cinética o de movimiento, es decir, para
ponerlo en movimiento, es necesario aplicarle una fuerza. Cuanto mayor sea el
tiempo que esté actuando dicha fuerza, mayor será la velocidad del cuerpo y, por lo
tanto, su energía cinética será también mayor.
Otro factor que influye en la energía cinética es la masa del cuerpo.
Por ejemplo, si una bolita de vidrio de 5 gramos de masa avanza hacia nosotros a
una velocidad de 2 km / h no se hará ningún esfuerzo por esquivarla. Sin embargo, si
con esa misma velocidad avanza hacia nosotros un camión, no se podrá evitar la
colisión
La fórmula que representa la Energía
Cinética es la siguiente:
E c = Energía cinética
m = masa
v = velocidad
Cuando un cuerpo de masa m se mueve con una velocidad v posee una energía
cinética que está dada por la fórmula escrita más arriba.
E c = 1 / 2 · m · v 2
En esta ecuación, debe haber concordancia entre las unidades empleadas. Todas
ellas deben pertenecer al mismo sistema. En el Sistema Internacional (SI), la masa
m se mide en kilogramo (kg) y la velocidad v en metros partido por segundo ( m /
s), con lo cual la energía cinética resulta medida en Joule ( J ).
ENERGÍA CINÉTICA
Todo cuerpo que se ubicado a cierta altura del suelo posee energía potencial.
Esta afirmación se comprueba cuando un objeto cae al suelo, siendo capaz de mover o
deformar objetos que se encuentren a su paso. El movimiento o deformación será tanto
mayor cuanto mayor sea al altura desde la cual cae el objeto.
Otra forma de energía potencial es la que está almacenada en los alimentos, bajo la
forma de energía química. Cuando estos alimentos son procesados por nuestro
organismo, liberan la energía que tenían almacenada.
Para una misma altura, la energía del cuerpo dependerá de su masa. Esta energía puede
ser transferida de un cuerpo a otro y aparecer como energía cinética o de
deformación. Sin embargo, mientras el cuerpo no descienda, la energía no se
manifiesta: es energía potencial.
Todos los cuerpos tienen energía potencial que será tanto mayor cuanto mayor sea su
altura. Como la existencia de esta energía potencial se debe a la gravitación (fuerza de
gravedad), su nombre más completo es energía potencial gravitatoria.
Entonces:
Energía potencial gravitatoria es aquella energía que poseen los cuerpos que se
encuentran en altura. Esta energía depende de la masa del cuerpo y de la
atracción que la Tierra ejerce sobre él (gravedad).
¿Cómo calcular la Energía Potencial Gravitatoria?
Si un cuerpo de masa m se sitúa a una altura h arriba de un nivel de referencia, este
cuerpo posee una energía potencial gravitatoria con respecto a este nivel, la cual se
expresa mediante la siguiente fórmula:
m = masa
g = constante de la fuerza de gravedad
h = altura
Ep = m � g � h
De acuerdo a la fórmula, la energía potencial está relacionada con la masa del cuerpo y
con la posición que ocupa; cuanto más grande sea la masa del cuerpo, y cuanto mayor
sea la altura a la que se encuentre, tanto mayor será su Energía potencial gravitacional.
CALOR
El calor es la energía que tiene un objeto debida al movimiento de sus átomos y
moléculas que están constantemente vibrando, moviéndose y chocando unas con otras.
Cuando añadimos energía a un objeto, sus átomos y moléculas se mueven más deprisa,
incrementando su energía de movimiento o calor. Incluso los objetos más fríos poseen
algo de calor porque sus átomos se están moviendo.
CONCEPTO DE TEMPERATURA La temperatura es la sensación física que nos produce un cuerpo cuando entramos en
contacto con él.
Observamos cambios en los cuerpos cuando cambian su temperatura, por ejemplo, la
dilatación que experimenta un cuerpo cuando incrementa su temperatura. Esta propiedad
se usa para medir la temperatura de un sistema. Pensemos en los termómetros que
consisten en un pequeño depósito de mercurio que asciende por un capilar a medida que
se incrementa la temperatura.
Escalas de temperatura
A la temperatura del cero absoluto no hay movimiento y desde él no se puede sacar calor.
En ese estado todo el movimiento atómico y molecular se detiene, es la temperatura más
baja posible. Todos los objetos tienen una temperatura más alta que el cero absoluto y
por lo tanto emiten energía térmica o calor. El espacio interestelar casi vacío tiene
temperatura ligeramente superior al 0 K.
En este esquema comparativo puedes ver las escalas más importantes:
Conversión de valores de temperaturas
La escala Celsius y la escala Kelvin tiene una transformación muy sencilla:
grados K=273.15 + grados C
En la transformación de grados centígrados a grados Fahrenheit debes tener en cuenta
que cada grado centígrado vale 1,8 ºF ( 0 - 100 en la escala centígrada equivale a 32 -
210 en la escala Fahrenheit). Por lo tanto debes multiplicar los grados centígrados por 1,8
que equivale a 9/5 . Como el cero Celsisus corresponde al 32 Fahrenheit debes sumar 32:
gradosF=(9/5)*gradosC+32
Para la transformación inversa se despeja y queda:
gradosC=(5/9)*( grados F-32)
CONCEPTO DE CALOR
Cuando dos cuerpos A y B que tienen diferentes temperaturas se ponen en contacto
térmico, después de un cierto tiempo, alcanzan la condición de equilibrio en la que ambos
cuerpos están a la misma temperatura. Un fenómeno físico análogo son los vasos
comunicantes.
Supongamos que la temperatura del cuerpo A es mayor que la del cuerpo B, TA>TB.
Observaremos que la temperatura de B se eleva hasta que se hace casi igual a la de A.
En el proceso inverso, si el objeto B tiene una temperatura TB>TA, el baño A eleva un
poco su temperatura hasta que ambas se igualan.
Cuando un sistema de masa grande se pone en contacto con un sistema de masa
pequeña que está a diferente temperatura, la temperatura de equilibrio resultante está
próxima a la del sistema grande.
Decimos que una cantidad de calor ∆Q se transfiere desde el sistema de mayor
temperatura al sistema de menor temperatura.
• La cantidad de calor transferida es proporcional al cambio de temperatura DT.
• La constante de proporcionalidad C se denomina capacidad calorífica del sistema.
∆Q=C·∆T
Si los cuerpos A y B son los dos componentes de un sistema aislado, el cuerpo que está a
mayor temperatura transfiere calor al cuerpo que está a menos temperatura hasta que
ambas se igualan
Si TA>TB
• El cuerpo A cede calor: DQA=CA·(T-TA), entonces DQA<0
• El cuerpo B recibe calor: DQB=CB·(T-TB), entonces DQB>0
Como ∆QA+∆QB=0
La temperatura de equilibrio, se obtiene mediante la media ponderada
La capacidad calorífica de la unidad de masa se denomina calor específico c. C=mc
La fórmula para la transferencia de calor entre los cuerpos se expresa en términos de la
masa m, del calor específico c y del cambio de temperatura.
∆Q=m·c·(Tf-Ti)
donde Tf es la temperatura final y Ti es la temperatura inicial.
El calor específico es la cantidad de calor que hay que suministrar a un gramo de una
sustancia para que eleve en un grado centígrado su temperatura.
Joule demostró la equivalencia entre calor y trabajo 1cal=4.186 J. Por razones históricas
la unidad de calor no es la misma que la de trabajo, el calor se suele expresar en calorías.
El calor específico del agua es c=1 cal/(g ºC). Hay que suministrar una caloría para que
un gramo de agua eleve su temperatura en un grado centígrado.
EJEMPLO PARA DETERMINAR EL CALOR ESPECÍFICO DEL ALUMINIO
• Agua: M=150 g, T0=18ºC • Sólido: aluminio, m=70 g, y T=80ºC • La temperatura final de equilibrio es Te=22ºC
CALOR ESPECÍFICO DE ALGUNAS SUSTANCIAS
Sustancia Calor específico (J/kg·K)
Acero 460
Aluminio 880
Cobre 390
Estaño 230
Hierro 450
Mercurio 138
Oro 130
Plata 235
Plomo 130
Sodio 1300
CURVAS DE CALENTAMIENTO Y ENFRIAMIENTO DEL AGUACURVAS DE CALENTAMIENTO Y ENFRIAMIENTO DEL AGUACURVAS DE CALENTAMIENTO Y ENFRIAMIENTO DEL AGUACURVAS DE CALENTAMIENTO Y ENFRIAMIENTO DEL AGUA
CALENTAMIENTO
DIAGRAMA DE FASES
La curva de calentamiento se puede relacionar con el diagrama de fases para determinar
el estado en que se encuentra la materia, cuando hay incremento de temperatura, con la
misma masa.
EL ÁTOMO
La teoría atómica de Dalton
En 1808, John Dalton publicó su teoría atómica, que retomaba las antiguas ideas de Leucipo y de Demócrito. Según la teoría de Dalton:
1.- Los elementos están formados por partículas diminutas, indivisibles e inalterables llamadas átomos .
Dalton estableció un sistema para designar a cada átomo de forma que se pudieran distinguir entre los distintos elementos:
2.- Los átomos de un mismo elemento son todos iguales entre sí en masa, tamaño y en el resto de las propiedades físicas o químicas. Por el contrario, los átomos de elementos diferentes tienen distinta masa y propiedades.
3.- Los compuestos se forman por la unión de átomos de los correspondientes elementos según una relación numérica sencilla y constante.
De la teoría atómica de Dalton se pueden obtener las siguientes definiciones:
- Un átomo es la partícula más pequeña de un elemento que conserva sus propiedades.
- Un elemento es una sustancia pura que está formada por átomos iguales.
- Un compuesto es una sustancia que está formada por átomos distintos combinados en una relación numérica sencilla y constante.
El átomo es divisible
Una vez aceptada la teoría atómica de la materia, los fenómenos de electrización y
electrólisis pusieron de manifiesto, por un lado, la naturaleza eléctrica de la materia y, por
otro, que el átomo era divisible; es decir, que estaba formado por otras partículas
fundamentales más pequeñas.
Los fenómenos eléctricos son una manifestación de su carga eléctrica . La unidad de
carga eléctrica en el SI es el culombio (C).
Hay 2 tipos de cargas eléctricas: positiva y negativa . dos cuerpos que hayan adquirido
una carga del mismo tipo se repelen, mientras que si poseen carga de distinto tipo se
atraen.
La materia es eléctricamente neutra , es decir, tiene la misma cantidad de cada tipo de
carga. cuando adquiere carga, tanto positiva como negativa, es porque tiene más
cantidad de un tipo que de otro.
A finales del siglo XIX y principios del XX, una serie de experimentos permitieron
identificar las partículas responsables de la carga negativa (el electrón ) y de la carga
positiva (el protón ). Estos experimentos proporcionaron los datos siguientes sobre la
estructura de la materia:
- El átomo contiene partículas materiales subatómicas.
- Los electrones tienen carga eléctrica negativa y masa. Cada electrón posee una carga
eléctrica elemental.
- Los protones tienen carga eléctrica positiva y mayor masa.
- Como el átomo es eléctricamente neutro, hay que suponer que el número de cargas
eléctricas negativas (electrones) es igual al número de cargas positivas (protones).
Modelos atómicos
En Ciencia, un modelo intenta explicar una teoría mediante una comparación. Un modelo
será tanto más perfecto cuanto más claramente explique los hechos experimentales. El
modelo es válido mientras explica lo que ocurre en los experimentos; en el momento en
que falla, hay que modificarlo.
3.1.- Modelo atómico de Thomson
Por ser tan pequeña la masa de los electrones, el físico inglés J. J. Thomson supuso, en
1904, que la mayor parte de la masa del átomo correspondía a la carga positiva, que, por
tanto, debía ocupar la mayor parte del volumen atómico. Thomson imaginó el átomo como
una especie de esfera positiva continua en la que se encuentran incrustados los
electrones (como las pasas en un pudin).
Este modelo permitía explicar varios fenómenos experimentales como la electrización y la
formación de iones.
- La electrización : Es el exceso o la deficiencia de electrones que tiene un cuerpo y es la
responsable de su carga eléctrica negativa o positiva.
- La formación de iones : Un ion es un átomo que ha ganado o ha perdido electrones. Si
gana electrones tiene carga neta negativa y se llama anión y si pierde electrones tiene
carga neta positiva y se llama catión .
Modelo atómico de Rutherford
El modelo de Thomson tuvo una gran aceptación hasta que, en 1911, el químico y físico
inglés Ernest Rutherford y sus colaboradores llevaron a cabo el "Experimento de
Rutherford ".
En esta página puedes ver cómo este experimento ofrecía unos resultados que no podían
explicarse con el modelo de átomo que había propuesto Thomson y, por tanto, había que
cambiar el modelo.
En el experimento se bombardeaba una fina lámina de oro con partículas alfa (positivas)
procedentes de un material radiactivo y se observaba que:
- La mayor parte de las partículas alfa atravesaban la lámina sin cambiar de dirección,
como era de esperar.
- Algunas partículas alfa se desviaron considerablemente.
- Unas pocas partículas alfa rebotaron hacia la fuente de emisión.
El Modelo atómico de Rutherford o modelo nuclear establece que:
- El átomo tiene un núcleo central en el que están concentradas la carga positiva y casi
toda la masa.
- La carga positiva de los protones del núcleo se encuentra compensada por la carga
negativa de los electrones, que están fuera del núcleo.
- El núcleo contiene, por tanto, protones en un número igual al de electrones del átomo.
- Los electrones giran a mucha velocidad alrededor del núcleo y están separados de éste
por una gran distancia.
Los neutrones
La masa de protones y electrones no coincidía con la masa total del átomo; por tanto,
Rutherford supuso que tenía que haber otro tipo de partículas subatómicas en el núcleo
de los átomos.
Estas partículas fueron descubiertas en 1933 por J. Chadwick. Al no tener carga eléctrica
recibieron el nombre de neutrones .
Los neutrones son partículas sin carga y de masa algo mayor que la masa de un protón.
Estructura del átomo
Según esto, el átomo quedó constituido así:
- Una zona central o NÚCLEO donde se encuentra la carga total positiva (la de los
protones) y la mayor parte de la masa del átomo, aportada por los protones y los
neutrones.
- Una zona externa o CORTEZA donde se hallan los electrones, que giran alrededor del
núcleo.
Hay los mismos electrones en la corteza que protones en el núcleo, por lo que el conjunto
del átomo es eléctricamente neutro.
Identificación de los átomos
Los átomos se identifican por el número de protones que contiene su núcleo, ya que éste
es fijo para los átomos de un mismo elemento. Por ejemplo: Todos los átomos de
hidrógeno tienen 1 protón en su núcleo, todos los átomos de oxígeno tienen 8 protones en
su núcleo, todos los átomos de hierro tienen 26 protones en su núcleo, ..., y esto permite
clasificarlos en la tabla periódica por orden creciente de este número de protones.
Número atómico : Es el número de protones de un átomo. Se representa con la letra Z y
se escribe como subíndice a la izquierda del símbolo del elemento: ZX.
Ejemplos: 1H, 8O, 26Fe.
Número másico : Es la suma del número de protones y del número de neutrones de un
átomo. Se representa con la letra A y se escribe como superíndice a la izquierda del
símbolo del elemento: AX.
Ejemplos: 1H, 8O, 26Fe.
De esta manera se pueden identificar el número y tipo de partículas de un átomo:
31H -----> Este átomo tiene Z = 1 y A = 3. Por tanto, tiene 1 protón, 3 - 1 = 2 neutrones y,
como es neutro, tiene 1 electrón.
Si tenemos un ion habrá que sumar o restar electrones a los que tendría si el átomo fuese
neutro.
- Si es un catión habrá perdido electrones y hay que restar el número que aparezca con
la carga positiva:
2512Mg+2 -----> Este átomo tiene Z = 12 y A = 25. Por tanto, tiene 12 protones, 25 - 12 = 13
neutrones y, al ser positivo, tendrá 2 electrones menos de los que tendría neutro: 12 - 2 =
10 electrones.
- Si es un anión habrá ganado electrones y hay que sumar el número que aparezca con
la carga negativa:
199F-1 -----> Este átomo tiene Z = 9 y A = 19. Por tanto, tiene 9 protones, 19 - 9 = 10
neutrones y, al ser negativo, tendrá 1 electrón más de los que tendría si fuese neutro: 9 + 1 = 10 electrones.
Isótopos
A comienzos del siglo XX se descubrió que no todos los átomos de un mismo elemento
tenían la misma masa. Es decir, el número de neutrones puede variar para átomos del
mismo elemento.
Los isótopos son átomos de un mismo elemento que tienen igual número atómico, pero
distintos números másicos. Es decir, tienen el mismo número de protones pero distinto
número de neutrones.
Ejemplo: El elemento hidrógeno, cuyo número atómico es 1 (es decir, que posee un
protón en el núcleo), tiene 3 isótopos en cuyos núcleos existen 0, 1 y 2 neutrones,
respectivamente.
Nuevos hechos, nuevos modelos
El modelo atómico de Rutherford era incapaz de explicar ciertos hechos:
- La carga negativa del electrón en movimiento iría perdiendo energía hasta caer contra el
núcleo y esto haría que los átomos fuesen inestables.
El modelo atómico de Bohr
Para solucionar los problemas planteados, el físico danés Niels Bohr formuló, en 1913,
una hipótesis sobre la estructura atómica. Sus postulados eran:
1) El electrón sólo se mueve en unas órbitas circulares "permitidas" (estables) en las que
no emite energía. El electrón tiene en cada órbita una determinada energía, que es tanto
mayor cuanto más alejada esté la órbita del núcleo.
2) La emisión de energía se produce cuando un electrón salta desde un estado inicial de
mayor energía hasta otro de menor energía.
La distribución de electrones
Con el modelo atómico de Bohr sólo se podía explicar el espectro del átomo de
hidrógeno. Hacia 1920 se introdujeron modificaciones y se desarrollaron nuevos modelos
atómicos.
De acuerdo con este nuevo modelo, alrededor del núcleo hay capas o niveles de energía:
- En la primera capa se sitúan, como máximo, 2 electrones .
- En la segunda capa se sitúan, como máximo, 8 electrones .
- En la tercera capa se sitúan, como máximo, 18 electrones .
...
La distribución por capas de los electrones de un átomo de un elemento se conoce como
estructura o configuración electrónica del elemento.
Ejemplos:
2He Tiene sólo 2 electrones. Se sitúan en la primera capa. Se representa como (2). Las capas se colocan entre paréntesis y se separan por comas.
10Ne -> (2,8)
18Ar -> (2,8,8)
11Na -> (2,8,1)
15P -> (2,8,5)
A los electrones que están situados en la última capa se les denomina electrones de
valencia y, al nivel que ocupan, capa de valencia . Estos electrones son los responsables
de las propiedades químicas de las sustancias.
TABLA PERIÓDICA
La tabla periódica se organiza en filas horizontales, que se
llaman periodos, y columnas verticales que reciben el nombre
de grupos, además, por facilidad de representación, aparecen
dos filas horizontales fuera de la tabla que corresponden a
elementos que deberían ir en el sexto y séptimo periodo, tras
el tercer elemento del periodo.
Los grupos con mayor número de elementos, los
grupos 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 y 18, se conocen como
grupos principales, los grupos del 3 al 12 están
formados por los llamados elementos de transición y
los elementos que aparecen aparte se conocen como
elementos de transición interna. Los elementos de la
primera fila de elementos de transición interna se
denominan lantánidos o tierras raras, mientras que los
de la segunda fila son actínidos.
Salvo el tecnecio y el prometio, todos los elementos de la tabla periódica hasta el uranio,
se encuentran en la naturaleza. Los elementos transuránidos, así como el tecnecio y el
prometio, son elementos artificiales, que no se hallan en la naturaleza, y han sido
obtenidos por el hombre.
El número de elementos de cada periodo no es fijo. Así, el
primer periodo consta de dos elementos (hidrógeno y helio), los
periodos segundo y tercero tienen cada uno ocho elementos, el
cuarto y el quinto dieciocho, el sexto treinta y dos y el séptimo,
aunque debería tener treinta y dos elementos aún no se han
fabricado todos, desconociéndose 3 de ellos y de otros muchos
no se conocen sus propiedades.
PERIODO 1 (2
elementos)
PERIODO 3 (8
elementos)
PERIODO 4 (18
elementos)
PERIODO 6 (32
elementos)
Cuando se descubrió la ordenación periódica de los elementos, se realizó de forma que
elementos con propiedades químicas similares cayeran en la misma vertical, en el mismo
grupo, de forma que algunas propiedades, que dependen más o menos directamente del
tamaño del átomo, aumentaran o decrecieran regularmente al bajar en el grupo (afinidad
electrónica, potencial de ionización, electronegatividad, radio atómico o volumen atómico).
De esta forma, conocer la tabla periódica significa conocer las propiedades de los
elementos y sus compuestos: valencia, óxidos que forma, propiedades de los óxidos,
carácter metálico, etc.
El orden de los elementos en la tabla periódica, y la forma de ésta, con periodos de
distintos tamaños, se debe a su configuración electrónica y a que una configuración
especialmente estable es aquella en la que el elemento tiene en su última capa, la capa
de valencia, 8 electrones, 2 en el orbital s y seis en los orbitales p, de forma que los
orbitales s y p están completos. En un grupo, los elementos tienen la misma configuración
electrónica en su capa de valencia. Así, conocida la configuración electrónica de un
elemento sabemos su situación en la tabla y, a la inversa, conociendo su situación en la
tabla sabemos su configuración electrónica.
Los primeros dos grupos están completando orbitales s, el
correspondiente a la capa que indica el periodo. Así, el rubidio,
en el quinto periodo, tendrá es su capa de valencia la
configuración 5s1, mientras que el bario, en el periodo sexto,
tendrá la configuración 6s2. Los grupos 3 a 12 completan los
orbitales d de la capa anterior a la capa de valencia, de forma
que hierro y cobalto, en el periodo cuarto, tendrán las
configuraciones 3d64s2 y 3d74s2, en la que la capa de valencia
no se modifica pero sí la capa anterior.
Los grupos 13 a 18 completan los orbitales p de la capa de valencia. Finalmente, en los
elementos de transición interna, los elementos completan los orbitales f de su
antepenúltima capa. Así podemos saber, que para un periodo N, la configuración de un
elemento será:
Grupos 1 y 2 Elemento de
transición Grupos 13 a 18
Elementos de transición
interna
Nsx (N -1)dx Ns2 (N -1)d10 Ns2px (N -2)fx (N -
PROPIEDADES DE LA TABLA PERIÓDICA
RADIO ATÓMICO
El radio atómico, es decir, el tamaño exacto de un átomo, es muy difícil de determinar, ya
que depende del estado de agregación del elemento y de la especie química que forma.
Así, se puede considerar el radio covalente, la mitad de la distancia entre dos átomos
iguales unidos por un enlace simple, y el radio atómico, que es una media del radio del
átomo en varios compuestos covalentes. Aunque las dos medidas no coinciden, su
variación es similar.
El radio atómico dependerá de la distancia al núcleo de los
electrones de la capa de valencia
POTENCIAL DE IONIZACIÓN
El potencial de ionización es la energía que es necesaria suministrale a un átomo para
arrancarle un electrón de su capa de valencia, convirtiendo el átomo en un ion positivo o
catión. Nos ceñiremos al primer potencial de ionización, energía necesaria para extraer un
único electrón del átomo, aunque en muchos elementos se puede hablar de segundo
potencial de ionización, energía necesaria para arrancar un segundo electrón al átomo
que ya ha perdido uno, o de tercer, cuarto, etc. potenciales de ionización.
Dos factores influirán sobre ell potencial de ionización. Por una parte será tanto mayor
cuanto más atraído esté el electrón que se pierde por el núcleo atómico. Por otro lado,
como los átomos tienden a tener ocho electrones en su capa de valencia, acercarse a
este ideal disminuirá el potencial de ionización, y alejarse de él lo aumentará.
ENERGÍA DE IONIZACIÓN
La afinidad electrónica se define como la energía que liberará un átomo, en estado
gaseoso, cuando captura un electrón y se convierte en un ión negativo o anión.
Como el potencial de ionización, la afinidad electrónica dependerá de la atracción del
núcleo por el electrón que debe capturar, de la repulsión de los electrones existentes y del
acercamiento o alejamiento a completar la capa de valencia con ocho electrones.
Mientras que el potencial de ionización se puede medir directamente y con relativa
facilidad, la medición de la afinidad electrónica es complicada y sólo en muy pocos casos
puede realizarse de forma directa y los datos que se tienen no son fiables.
ELECTRONEGATIVIDAD
La electronegatividad es una medida de fuerza de atracción que ejerce un átomo sobre
los electrones de otro, en un enlace químico. Los diferentes valores de electronegatividad
se clasifican según diferentes escalas, entre ellas la escala de Pauling y la escala de
Mulliken.
En general, los diferentes valores de electronegatividad de los átomos determinan el tipo
de enlace que se formará en la molécula que los combina. Así, según la diferencia entre
las electronegatividades de éstos se puede determinar (convencionalmente) si el enlace
será, según la escala de Linus Pauling:
Cuanto más pequeño es el radio atómico, mayor es la energía de ionización y mayor la
electronegatividad y viceversa.
VARIACIÓN DE LA ELECTRONEGATIVIDAD EN LA TABLA PERI ÓDICA
CONFIGURACION ELECTRONICA
Es la representación del modelo atómico de Schrodinger o modelo de la mecánica
cuántica. En esta representación se indican los niveles y los orbitales que ocupan los
electrones.
A partir de la configuración electrónica de los elementos se pueden conocer los 4
números cuánticos de cualquier electrón.
Empleando los números cuánticos y en base a cálculos energéticos, se elaboró un rayado
electrónico a partir del cual se obtuvo la configuración electrónica estándar.
Rayado Electrónico
Se acomodan los diferentes orbitales en renglones y se traza una linea imaginaria
(vertical) entre la primera y la segunda columnas escritas. Después se trazan flechas
diagonales (paralelas) que atraviesen la linea imaginaria, la primera flecha del rayado
cruza al 1s y la segunda al 2s, y así sucesivamente.
Un nivel de energía se forma por los orbitales que se encuentran entre el cruce de la linea
del rayado (flecha) y el siguiente cruce de la linea imaginaria.
Valores de los números cuánticos.
El primer número cuántico n (llamado a veces número cuántico principal) corresponde a
los diferentes niveles de energía permitidos o niveles cuánticos; los valores que toma
son 1, 2, 3, 4,... Para n=1 se tiene el nivel de menor energía. En algunos casos (por
ejemplo en espectroscopía de rayos X) también se denotan como K, L, M, N,...
El segundo número cuántico l corresponde al momento angular del estado. Estos estados
tienen la forma de armónicos esféricos, y por lo tanto se describen usando polinomios de
Legendre. A estos subniveles , por razones históricas, se les asigna una letra, y hacen
referencia al tipo de orbital (s, p, d, f):
Valor de l Letra Máximo número
de electrones
0 s 2
1 p 6
2 d 10
3 f 14
4 g 18
Los valores que puede tomar l son: 0,..., (n-1), siendo n el número cuántico principal.
El tercer número cuántico, m l representa el número de orbitales que contiene el subnivel
y puede tomar los valores desde -l a l, habiendo por lo tanto un total de 2l+1 estados
posibles. Cada uno de estos puede ser ocupado por dos electrones con spines opuestos,
lo que viene dado por el número cuántico ms, que puede valer +1/2 o -1/2. Esto da un
total de 2·(2l+1) electrones en total (tal como se puede ver en la tabla anterior).
En resumen, estos son los valores que pueden tomar los números cuánticos:
Número cuántico Significado Valores posibles
n Nivel 1, 2, 3,...
l Subnivel 0,..., (n-1)
m l Orbital -l,..., 0,...,+l
ms Spin -1/2, +1/2
[escribe] Llenado de orbitales y notación.
Para obtener la configuración electrónica de un elemento, los estados se van ocupando
por electrones según la energía de estos estados, ocupándose primero los de menor
energía. Por el hecho de que el estado 3d (n=3 y l=2) está más alto en energía que el 4s
(n=4 y l=0), existen los metales de transición; y como en el orbital d caben 10 electrones
según la primera tabla (o bien haciendo l=2 en 2(2l+1)=10), hay diez elementos en cada
serie de transición. Lo mismo ocurre con otros bloques de elementos que se pueden ver
en la tabla periódica de los elementos.
Se suele emplear una regla mnemotécnica consistente en hacer una tabla en donde en la
primera columna se escribe 1s, 2s, 3s,..., en la segunda columna, saltándose una fila, 2p,
3p,... y así sucesivamente. Los primeros niveles que se van llenando con electrones son
los que quedan más a la derecha y arriba de la tabla, como indica el sentido de las flechas
en el diagrama:
Orden de llenado de orbitales electrónicos y último electrón esperado en la tabla
periódica.
Concretamente, en el diagrama se llenan hasta el 3d, comenzando la primera serie de
transición. Si por ejemplo se quiere saber la configuración electrónica del vanadio (Z=23),
con el diagrama obtendríamos:
Llenado de orbitales: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d3 (2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 3 = 23)
donde el primer número es el número cuántico principal, la letra es el segundo (tipo
de orbital) y el superíndice es el número de electrones que están en ese nivel.
Sumando el número de electrones presente en cada orbital, obtenemos el número de
electrones del elemento (23); como puede apreciarse en este caso, el último orbita d
no está lleno, sólo hay tres electrones de 10 posibles.
Notación.
En la práctica, para simplificar la notación, los niveles de energía completos se
indican con la referencia al gas noble correspondiente (el de número atómico
inmediatamente menor) al que se añade la distribución de electrones en el nivel no
completo. En el caso del vanadio:
Gas noble precendente: 18 Ar: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
Configuración eléctrónica del vanadio: [Ar] 4s2 3d3
Otra notación que se puede emplear es la de indicar ordenadamente el
número de electrones que hay en cada nivel, por ejemplo en el caso que nos
ocupa sería: 2-8-8-5.
Configuraciones electrónicas de los elementos quím icos.
Aunque la mayoría de las veces los electrones van ocupando los orbitales
de la forma indicada anteriormente, en realidad se producen excepciones.
Así, el cobre tiene una estructura electrónica 4s13d10 en vez de la esperada
4s23d9. La razón de ello es que a las fuerzas de atracción entre los protones
del núcleo y los electrones, se añade la interferencia de las capas
electrónicas interiores que resulta en una desviación de los niveles de
energía del último electrón añadido y por tanto una configuración electrónica
más estable distinta de la esperada (véase configuración electrónica de los
elementos químicos).
REALIZAR LOS EJERCICIOS DEL LIBRO DE QUIMICA 1 DE E DITORIAL NORMA, SE
ENCUENTRA EN LA BIBLIOTECA.
Actividad Metodología Valoración Fecha Tentativas
Trabajo individual Evaluación ENERGÍA Y CALOR
20% Mayo
Trabajo individual Evaluación ATOMO 20% Mayo Trabajo individual Evaluación TABLA
PERIODICA 10% Mayo
Trabajo en grupo en clase
Talleres de aplicación
10% Durante el período.
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